電力電子課程第 1 部分：什么是電子電力

電力電子在當(dāng)今的技術(shù)中發(fā)揮著重要作用，能源管理變得極為重要。除了安全之外，提高所有設(shè)備的效率也是保護(hù)環(huán)境的責(zé)任。

本課程將以簡(jiǎn)單易懂的方式涵蓋廣泛的主題。它將包括各種技術(shù)解釋、數(shù)學(xué)概念、圖表和電子模擬。

介紹

電流是電荷在導(dǎo)電空間中的有序運(yùn)動(dòng)和位移。

后者通常由銅、銀、鋁或金等金屬制成。

一個(gè)端子和另一個(gè)端子之間存在任何電位差都會(huì)導(dǎo)致這種運(yùn)動(dòng)(電壓)。如果電路兩端的電位相等，則電子會(huì)因熱攪動(dòng)而無序地向各個(gè)方向移動(dòng)。

在這種情況下，它們的運(yùn)動(dòng)沒有熱效應(yīng)，它們的行為類似于池塘中的靜水。另一方面，如果將充電電池連接在兩個(gè)極端之間，則電子的運(yùn)動(dòng)會(huì)變得有序，因?yàn)樵陔娐分袝?huì)產(chǎn)生電位差。電子以極快的速度組織有序地移動(dòng)以恢復(fù)系統(tǒng)中的平衡，從負(fù)極到正極，從一個(gè)原子到另一個(gè)原子，就像管內(nèi)水的強(qiáng)制流動(dòng)一樣。按照慣例，使用電流的方向，從正極到負(fù)極。電流最重要的特性之一是通過一定時(shí)間空間的量。即在一定時(shí)間間隔內(nèi)通過導(dǎo)體的電子數(shù)量。在國際體系中，電流的測(cè)量單位是安培。根據(jù)以下公式，1 A 相當(dāng)于通過大約 6.28 × 10導(dǎo)線中每秒18 個(gè)電子：

當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量，因?yàn)槊總€(gè)導(dǎo)體都會(huì)對(duì)電流產(chǎn)生一定的阻力。耗散(和未使用)的功率必須通過出色的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行處理，這些系統(tǒng)通常笨重、笨重且昂貴。了解電流安培數(shù)非常重要，因?yàn)榱魅雽?dǎo)體的安培數(shù)越多，產(chǎn)生的熱量就越多(參見圖 1)。您可以通過觸摸堅(jiān)固的電氣設(shè)備(例如電烤箱或洗衣機(jī))的電纜來體驗(yàn)這種加熱效果。熱量產(chǎn)生的測(cè)量使您可以適當(dāng)?shù)卮_定電線的尺寸和截面，以避免在導(dǎo)體無法承受傳輸中的電流量時(shí)過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。圖 1 顯示了兩個(gè)電導(dǎo)體。底部有幾個(gè)電子穿過，它的工作溫度很低。頂部有許多電子穿過，其工作溫度非常高。在這種情況下，設(shè)計(jì)人員必須立即進(jìn)行干預(yù)以修改電路或以不同方式確定連接系統(tǒng)的尺寸。

圖 1：電子在導(dǎo)體中的通過會(huì)產(chǎn)生與其數(shù)量成正比的熱量。

電力電子

電力電子系統(tǒng)的基本特征之一是它們以非常高的能量效率運(yùn)行。如果連接所有量的數(shù)學(xué)概念沒有得到很好的理解，就無法談?wù)撾娏?、電壓、功率和電阻。歐姆定律將電路運(yùn)行中涉及的所有電氣參數(shù)結(jié)合在一起，因此不可能忽略作為電氣元件計(jì)算和選型基礎(chǔ)的公式。

歐姆定律是描述介入電路的基本量之間關(guān)系的公式;即電路中的電壓、電流、電阻和功率。電力電子學(xué)是通用電子學(xué)的一個(gè)領(lǐng)域，研究電流大于 5-10A 時(shí)的管理方法。換句話說，如果你想設(shè)計(jì)一個(gè)小型放大器來處理幾毫安的微弱電流，你不需要不需要電力電子設(shè)備。相反，如果您需要設(shè)計(jì)一種能夠提供 20 至 30A 電流的電源，那么電力電子設(shè)備就會(huì)發(fā)揮作用。

圖 2 顯示了兩個(gè)基本電氣圖。左邊的一個(gè)與 15 個(gè) LED 的照明系統(tǒng)相關(guān)，通過直接連接到 230-VAC 家庭電網(wǎng)。盡管該系統(tǒng)在相當(dāng)高的電壓下運(yùn)行，但它不是電源電路，因?yàn)橹挥袔缀涟驳碾娏魍ㄟ^它。相反，右邊的電路是大功率方案，因?yàn)樗侵冈诘蛪合鹿ぷ鲿r(shí)可以提供20 A電流的電源。

圖 2：低功率(左)和高功率(右)接線圖

電力電子的概念已經(jīng)發(fā)展，如今它與與電力轉(zhuǎn)換、其控制和相對(duì)效率相關(guān)的技術(shù)相關(guān)聯(lián)。該部門還與適合能源轉(zhuǎn)換的所有電氣和電子系統(tǒng)密切相關(guān)。在電力電子中進(jìn)行的電路研究主要集中在效率上。能源是一種非常寶貴的資源，必須以盡可能最便宜的方式使用。正是由于這個(gè)原因，必須盡量減少電子設(shè)備中的散熱和功率損耗。換句話說，從設(shè)備的輸入端傳遞到輸出端的能量不應(yīng)該減少和減少。電力電子系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多，跨越不同的領(lǐng)域。DC/DC、AC/DC 和 AC/AC 轉(zhuǎn)換器、不間斷電源、電池充電器和電源只是功率因數(shù)校正和絕緣概念發(fā)揮作用的一些示例。在企業(yè)、工廠甚至家庭中，有許多設(shè)備會(huì)吸收大量能量。它們必須以最佳方式設(shè)計(jì)，以確保極高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超過政府和當(dāng)局為獲得認(rèn)證而規(guī)定的規(guī)格。電力電子的目的是節(jié)省電力，降低運(yùn)營成本并提高電氣系統(tǒng)的安全性。它們必須以最佳方式設(shè)計(jì)，以確保極高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超過政府和當(dāng)局為獲得認(rèn)證而規(guī)定的規(guī)格。電力電子的目的是節(jié)省電力，降低運(yùn)營成本并提高電氣系統(tǒng)的安全性。它們必須以最佳方式設(shè)計(jì)，以確保極高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超過政府和當(dāng)局為獲得認(rèn)證而規(guī)定的規(guī)格。電力電子的目的是節(jié)省電力，降低運(yùn)營成本并提高電氣系統(tǒng)的安全性。